PowerPoint Presentation

Comunicaciones Industriales

Comunicaciones IndustrialesSe refiere a la transmisin de informacin entre circuitos y sistemas electrnicos para llevar a cabo tareas de gestin y control de la produccinActa sobre todo el ciclo de vida del productoParte fundamental de la integracin de sistemas.Pilar de la manufactura integrada por computadorCIM Manufactura Integrada por computadorPropone utilizar la capacidad de procesamiento y el poder de clculo de las computadoras para maximizar la produccin de bienes de mercado.Se valen de las computadoras para integrar todo el ciclo de vida de la produccin, es decir, la ingeniera del proceso, la manufactura, la logstica, control de costos de produccin, control de inventario de materias primas y repuestos, etc.CIM Manufactura Integrada por computadorPrincipales retos a la hora de su implementacin:

Integracin de sistemasIntegridad de datosControl de procesosCIM Manufactura Integrada por computadorIntegracin de sistemas:

Se refiere a conectar o comunicar dos sistemas distintos o dos fabricantes distintos con tecnologas diferentes.

Los datos deben ser compatibles, es decir, debe estar pensado que todos los sistemas integrados puedan acceder a informacin pertinente.

CIM Manufactura Integrada por computadorIntegridad de datos

El flujo de datos debe ser confiable, asegurar que no habr interrupciones.

Debe ser seguro, en caso de una falla de los sistemas integrados, estos datos deben estar respaldados. Tambin seguros ante terceros, que puedan tener acceso al sistema para actos maliciosos.CIM Manufactura Integrada por computadorControl de Procesos:

Las computadoras y el software deben estar diseados para asisitir al hombre en la manufactura de un producto.

El control debe estar disponible la mayor parte del tiempo, si bien debe haber un tcnico competente para la solucin de problemas que no fueran tomados en cuenta en la ingeniera inicial.

CIM Manufactura Integrada por computadorPirmide CIMCIM Manufactura Integrada por computadorLas redes industriales resuelven y se usan como medio para la trasferencia de informacin entre las distintas capas de la pirmide y tambin en su mismo nivel.La pirmide va desde su punto mas alto, a nivel empresarial hasta el punto mas bajo, a nivel de maquina.Hay una relacin inversa entre el volumen de datos y la velocidad de transferencia de los mismosCIM Manufactura Integrada por computadorEn el nivel empresarial se habla de Gigas por hora o minuto, es decir grandes volmenes de informacin pero una disponibilidad baja o transferencia lentaen el nivel mas bajo, de mquina o proceso, se habla de bits y milisegundos o microsegundos, es decir, datos en tiempo real, comportamiento determinista (si/no) , muy alta disponibilidad, muchas veces crtica( que afecta la seguridad de las personas y los bienes), posible redundancia de comunicaciones.

Comunicaciones industrialesSe han desarrollado distintas tecnologas de comunicaciones industrialesEl modelo OSI (Open System Interconnection) describe la composicin de los distintos mtodos y tecnologas de comunicaciones.Su objetivo es ordenar o estandarizar la forma que son concebidas las distintas tecnologas de comunicacin con el fin de integracin.El modelo OSI esta compuesto de capas que integran los medios fsicos de transferencia y la estructura lgica que codifican los datos.Muchas veces estructuras lgicas estn implementadas unas dentro de las otras, con el fin de integrar tecnologas mas viejas dentro de mas nuevas, o utilizando formatos mas modernos.No necesariamente un mtodo de comunicacin esta compuesto de estos 7 elementos, a veces hay protocolos que abarcan ms de una capa en esta forma de descripcin

Comunicaciones industrialesNivel1: Capa fsicaTrata del sistema fsico/electrnico de transmisin de datos.Caractersticas elctricas del mtodo de transmisinMtodos de modulacin de la seal transmitida/recibidaSistemas de control de la transmisin que establecen el orden y la velocidad de transferenciaCorreccin de errores a nivel de bit.Sistemas mas extendidos son el RS-232 y RS-422 (RS-485)Comunicaciones industrialesNivel 2: Capa enlace de datos (Data Link Layer)Es el encargado de la transferencia confiable de los datos que vienen del lado de la capa 1, elctrica.Recoge los datos del nivel 3 y le aade datos de control para ser enviados.decodifica los datos recibidos, el inicio de una trama de datos, el final y el control de errores.Establece las tcnicas de recuperacin de datos, reenvo de tramas perdidas, procedimientos de envo o recepcin)Controla el flujo de datos, para evitar saturaciones.Procura el acceso exclusivo en caso de redes Ethernet (MAC Access)Utiliza algn mtodo de deteccin de errores, los mas conocidos son control de redundancia cclica (CRC), Paridad (parity) y Suma de verificacin (checksum)Nombres de tcnicas involcradas: Ethernet, token Ring, token passing, serial.Comunicaciones industrialesNivel 3: Capa de red (Network Layer)Se encarga del funcionamiento de una red, controlando la ruta de comunicacin.Filtra, o deja pasar mensajes que estn dirigidos a un destinatario (nodo) determinadoTiene la funcin de ruteo (routing)Asigna direcciones nicas (direccin IP, numero de nodo) que son nmeros lgicos que identifican el destinatario.En caso de redes de oficinas, se los conoce como protocolo IP, ICMP, IGMPEn caso de redes punto a punto (2 elementos) no es necesaria

Comunicaciones industrialesNivel 4: Capa de Transporte (Transport Layer)Recibe los paquetes y los independiza de la red (les quita las tramas de los niveles inferiores)Se asegura que las capas superiores no enven datos con erroresEstablece la longitud de datos en la comunicacin y revisa que se cumplaEs capaz de manejar mltiples conexiones de un mismo enlace de red (ejemplo, diferentes puertos)Mantiene un flujo de red, capacidad de almacenar en caso de diferencias de velocidad entre nodos (buffer)Los protocolos mas populares son TCP y UDPTCP esta orientado a una transmisin confiable: Negocia la conexin, solicitando el envo y acusando recepcin. Ejemplo: Transferencia de archivosUDP est orientado a la velocidad, contiene solamente informacin bsica para establecer una conexin. Ejemplo: streaming de audio o video

Comunicaciones industrialesNivel 5: Capa de Sesin (Session Layer)Controla el dilogo: en un sentido (half dplex) o en ambos sentidos (full dplex)Chequeo de sincronizacin cada determinado tiempoNombres reconocidos RCP y SCP

Comunicaciones industrialesNivel 6: Capa de presentacin (Presentation Layer)Resuelve la semntica y sintaxis de los datosLa compresin de datos es manejada en esta capaLa encriptacin tambin es manejada en esta capaTraduccin en caso de sistemas Little endian (Intel, siemens plc) y big endian (Motorola, rockwell plc) para, por ejemplo, los nmeros enteros

Comunicaciones industrialesNivel 7: Capa de aplicacin (application layer)Es la capa mas alta, incluye los protocolos de comunicacin principales, o los mtodos de comunicacinEntre los protocolos se pueden encontrar: TELNET, SMTP, Profibus, DeviceNet, Modbus, FTP, HTTP, SSH, TLS/SSL, etc, etc.Comunicaciones industrialesNiveles 1 y 2 proporcionan transporte bsicoNiveles 3 y 4 extienden estas funciones para una red ms complejaNiveles 5 y 6 proporcionan un marco para establecer y negociar estas comunicacionesNivel 7 es el protocolo principal con mtodos para interpretar los datos, envo y recepcin.

Comunicaciones industriales CAPA FSICASe trata de la convencin a nivel elctrico de la forma en que se van a comunicar los elementos de una red.Esta relacionada con el nivel 1 en el modelo OSISe tratarn: RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet, FAST Ethernet

Comunicaciones industriales CAPA FSICARS-232 es el mas utilizado en la comunicacin SERIALEs un estndar que define las caractersticas elctricas de este mtodo de conexin.Sus aplicaciones son mltiples, incluyendo PCs y aparatos industriales de todo tipo.Ha sido sustitudo por RS-485 por sus desventajas en cuanto a la inmunidad al ruido electromagntico y a la longitud mxima de cableSe usa solo con transferencia punto a punto.Es una interfaz diseada entre los terminales de datos (DTE)como ser las PC o los PLC y losde terminacin de datos (DCE) que pueden ser mdems o impresoras seriales.

Comunicaciones industriales CAPA FSICAA nivel elctrico, la convencin es un 0 lgico est representado por un voltaje de +3 a +15 volts, llamado espacio (space) y el 1 lgico de -3v a -15v llamado marca (mark)La conexin utiliza 3 cables, uno de transmisin, otro de recepcin y la referencia (tierra 0v)A veces son requeridos dos cables ms que son de control de envo o handshaking, de siglas DTS y CTSLuego fue introducido RTR, ready to receive.

Comunicaciones industriales CAPA FSICA

Comunicaciones industriales CAPA FSICALos conectores ms comunes son los DB9, DB25, DIN8 o mini-DIN

Comunicaciones industriales CAPA FSICALa estructura del cable, o pinout es la que aparece en la imagen.Dependiendo del sistema pueden ser necesarios solamente 3 cables (RX, TX y GND) pero al incorporar control de flujo (handshaking), son necesarios los cables RTS y CTS. Uno es listo para enviar y el otro es listo para recibir.En casos mas raros se incluy otro parpara indicar que el que recibe terminde recibir y viceversa:DSR y DTRObservar cuales van cruzados.Otro mtodo de control de flujo es XON XOFF y se aplica en la transmisinde datos, en el sentido opuesto.

Comunicaciones industriales CAPA FSICA

Comunicaciones industriales CAPA FSICAEl sistema de comunicacin relacionado con esta estructura es la conexin SERIAL. Como carece de negociacin, hay que establecer o configurar la estructura de los datos y la velocidad.La velocidades mas comunes son 9600 bps, 38400, 57600 y 115200bps siendo la de 9600bps la ms comn.DATA BITS: La estructura puede ser de 7 u 8 bits.PARITY: o paridad, es un bit extra que puede ser N, es decir none o sin bit de paridad; EVEN, o par que es 1 si la suma de bits transmitidos es impar; ODD o impar que es 1 si la suma de bits transmitidos es par.

Comunicaciones industriales CAPA FSICALa estructura de un telegrama completo sera esta:

Es tambin llamado UART Coding, o codificacin UART, con el nombre del chip ms popular que maneja las comunicaciones de los puertos de una PC

Comunicaciones industriales CAPA FSICARS-422/RS-485 es el siguiente estndar que proporciona ciertas ventajas sobre el mtodo de conexin RS-232Mejorada velocidad de transmisin de datosSuperior inmunidad al ruidoMayor longitud mxima de cablesVarios terminales conectados al mismo cable (Daisy chain)

Comunicaciones industriales CAPA FSICALos conductores son 2 por cable (comparado a RS-232 que eran mnimo 3), a veces asociado a un apantallado (shield) o mallado, o ambos.El par de cables, generalmente es trenzado (par trenzado, twisted pair)La principal caracterstica elctrica es el sistema de voltaje diferencialLos cables se llaman A y B, y la convencin es que si A>B es un nivel bajo, o cero lgico y si A